Энергия, вода и воздух

Экодом, самостоятельно обеспечивая себя энергией, дол­жен оставаться дружественным природе. Стало быть, брать энергию можно будет только из возобновляемых источников, не иначе. Согласно классификации ООН, к таковым относят­ся: энергия солнца, ветра, биомассы, приливов, разности тем­ператур слоёв воды в океанах, геотермальная, гидравлическая и ряд других. Гидроэлектростанции, работающие от воды, и топливо на основе растительности тоже могут быть отнесены к возобновляемым источникам, но лишь при соблюдении не­которых условий. Так, гидроустановки не должны быть боль­шими, чтобы существенно не менять гидрорежим территорий, а растительное топливо следует приготовлять из однолетних растений. В этом случае запас углекислого газа, высвобожда­ющегося в процессе его сгорания, будет равен тому, который в период роста был изъят из атмосферы, и общий баланс прак­тически не нарушится.

Энергетически безвредный дом вполне осуществим уже сегодня: прекрасные, недорогие и надёжные, эффективные способы получения энергии давно известны, технически осу­ществлены, практически опробованы. Но пока для более чем 2,5 млрд. людей главным источником энергии для приготов­ления пищи и обогрева остаются дрова. Остальные получают энергию, выработанную ужасно грязными и вредными про­мышленными способами. Тепловые станции загрязняют ат­мосферу; громадные ГЭС нарушают гидробаланс и затапли­вают землю на больших площадях; атомные порождают про­блему ядерных загрязнений. Нерациональность в отношении природы сопровождается общественной несправедливостью: разрыв в уровне потребления энергии в расчёте на одного че­ловека в разных местах весьма велик. Так, в США душевая выработка и потребление энергии в десятки раз выше, чем в бедных странах.

Для экодома самое простое — использовать энергию Солн­ца. В большинстве районов Земли её поступает достаточно для удовлетворения любых нужд экодома, и уже есть соответствую­щие приборы. Широта и облачность — вот что определяет эф­фективность этих приборов. В Центральной Европе годовой приход солнечной радиации составляет 1,1 МВт ч/м, в районах Сахары — 2,3 МВт ч/м, в России приход солнечной энергии на горизонтальную поверхность колеблется от 0,7 МВт ч/мгод на севере до 1,5 МВт ч/мгод на юге. В Петербурге — 0,93, в Моск­ве — 1,01, в Новосибирске — 1,14 и в Астрахани — 1,38.

Расчёты показывают, что даже при таких не очень хоро­ших климатических условиях нашей страны в средней полосе России двухэтажный коттедж, занимающий в плане 100 кв. м, за год получает от Солнца более 160 МВт ч энергии, что пре­вышает всю его годовую потребность даже при расточитель­ном потреблении, и эту энергию солнечного излучения с по­мощью солнцеприёмных устройств можно уловить и пре­вратить в электрическую, химическую или тепловую. Кстати, появились уже гибридные солнечные батареи, совмещающие в одном элементе свойства тепловых и электрических преоб­разователей солнечной энергии.

А если избегать расточительности (что в период Великого Отказа будет очень актуальным), то результаты могут быть со­всем хорошими. Можно обходиться многократно меньшим количеством энергии без ухудшения условий жизни; мы к это­му вопросу ещё вернёмся.

Другой доступный источник — энергия ветра (строго го­воря, она, как и все прочие виды энергии, представляет одну из разновидностей энергии Солнца). Этот источник известен давным-давно: для получения электроэнергии ветреная уста­новка впервые была использована в Дании ещё в 1890 году. Ветры дуют повсюду; они особенно постоянны и сильны в при­брежных районах и на акваториях, а особую ценность им при­даёт то, что во многих районах — в России в том числе! — они имеют зимний максимум. Современные ветроустановки спо­собны превращать в электричество более 30 % энергии ветро­вого потока, так что с их помощью можно компенсировать зимний минимум солнечной энергии.

Мы отмечали в одной из предыдущих глав, что примене­ние таких установок в условиях современного производства — просто экзотика. А вот при строительстве экопоселений оно оказывается оправданным!

Следующий источник — энергия биомассы. В биомассе растений, создаваемой в процессе фотосинтеза, солнечная энергия запасается в химическом, «законсервированном» виде.

Существуют породы быстрорастущих однолетних и многолет­них растений, которые сейчас рентабельно выращивать для топливных нужд. Например, в Дании уже производят «кирпи­чи» из соломы для отопления. Также появились установки, производящие топливо для автомашин, и что важно, в любом случае используются однолетние растения, чем удаётся сохра­нять баланс по углекислому газу.

В сельской местности при наличии достаточного количе­ства органических отходов экодом может иметь биогазовую технику. Так, в России разработана установка, которая позво­ляет фермерскому хозяйству при наличии трёх коров полно­стью обеспечивать дом теплом и светом и вдобавок быстро по­лучать экологически чистое удобрение.

Можно использовать энергию движущейся воды, устраи­вая микроГЭС, которые в отличие от больших ГЭС будут в достаточной мере экологически безвредными. Применима энергия термальных источников там, где они есть.

Короче говоря, для разных мест можно выбрать оптималь­ную конфигурацию внешних возобновляемых источников. При выгодном месторасположении (большие ветроресурсы, солнечный климат, река с пригодными для микроГЭС усло­виями) уже сейчас можно получать от индивидуальных возоб­новляемых источников энергию, превышающую потребности дома, а излишки можно использовать для привода сельхозма­шин, питания биокультивационных установок, какого-либо мини-производства, нужд транспорта и т.д. При наличии ло­кальной или большой электросети энергия может передавать­ся в неё…

Как это ни странно может показаться на первый взгляд, можно отапливать дом, отбирая тепло у холодного воздуха, воды или льда. Всё вещество вокруг нас имеет температуру значительно выше абсолютного нуля. В нём содержится теп­ловая энергия, но при низкой температуре. Тепло самопроиз­вольно перетекает от горячих тел к холодным, однако с помо­щью небольших затрат энергии, например, электрической или механической, можно его заставить течь от холодных тел к го­рячим. Это подобно тому, как насос заставляет течь воду вверх. Такие устройства называются тепловыми насосами, и мы ви­дим их каждый день: это обычные холодильники. Холодиль­ник отбирает тепло у тел внутри холодильной камеры и отдаёт его через заднюю радиаторную решётку комнатному воздуху.

Чтобы не перегружать нашу популярную книгу излишни­ми техническими мелочами (вы можете найти их в специаль­ной литературе), кратко отметим, что вполне решаема и про­блема аккумулирования энергии. Сложность — в создании достаточно эффективных долгосрочных (месяцы) и маневрен­ных (дни, часы) аккумуляторов. Но и они уже тоже есть. Мож­но строить гравитационные аккумуляторы (ночью излишняя энергия поднимает наверх воду, днём вода, стекая вниз, даёт электрический ток). Можно использовать водородный энер­гетический цикл (сходный тому, что используется растения­ми в процессе фотосинтеза). Технология создания металлгид— ридных аккумуляторов водорода уже развита настолько, что ведущие автомобильные компании начали разработку водород­ных автомобилей. Расчёты показывают, что металлгидридный водородный аккумулятор объёмом 2—3 куб. м способен с лих­вой обеспечить энергопотребности одноквартирного экодома в средней полосе России на отопительный сезон.

Как ни смеялись над лозунгами Л.И. Брежнева, но эконо­мика — а словечко это означает «искусство ведения домашне­го хозяйства» — и впрямь должна быть экономной. На осве­щение в современных домах тратится 20—35 % электроэнер­гии, но уже есть лампы (галогенные, натриевые и т.д.), лучшие из которых потребляют в 6—7 раз меньше энергии, чем обыч­ные лампы накаливания, а их свет по спектру близок к есте­ственному. Ещё один способ экономии — микропроцессор­ное управление; на рынке появились датчики присутствия и местоположения человека в помещении, в некоторых домах уже действуют автоматические системы управления освеще­нием. Потенциально это позволит снизить осветительное элек­тропотребление в разы.

Помещения с недостатком естественного освещения мож­но освещать не только с помощью окон и потолочных фона­рей. Немалые энергетические преимущества дают появивши­еся в последнее время различные светопроводы для естествен­ного света с концентраторами, находящимися снаружи здания. В зимнее время можно не тратить электроэнергию для работы холодильника, забирая необходимый холод с улицы с помо­щью специального теплового регулятора. Это тоже способ эко­номии.

Ныне принятые стандарты бытового электрического тока: напряжение, частота — были выбраны в начале XX века из соображений удобства построения больших распределительных сетей с крупными электростанциями в качестве источников энергии. В экодоме энергоисточники, как правило, будут ге­нерировать постоянный ток пониженного напряжения. Сна­чала его придётся преобразовывать в переменный ток с повы­шением напряжения до принятого стандарта, но в перспек­тиве необходимо изменение стандартов в сторону снижения напряжения и перехода на постоянный ток.

Придётся решить и проблему потери тепла. Энергия по­ступает в дом в различных видах: в химическом (топливо, пи­ща), электрическом, тепловом, а потери, за малым исключе­нием, носят тепловой характер. Потери идут через непрозрач­ные ограждающие конструкции (стены, пол, потолок), через светопрозрачные ограждения (окна, фонари) и за счёт возду­хообмена. Если перекрыть какой-либо один из этих трёх кана­лов, потери по другим возрастут и почти обесценят затрачен­ные усилия. Поэтому уменьшать теплопотери необходимо по всем трём направлениям одновременно. И для решения этой за­дачи сейчас имеются десятки различных технических спосо­бов. Опять же не будем тратить на них время, просто отметим, что сегодняшние технологии позволяют даже в России с её су­ровым климатом снизить теплопотери дома до 30—40 кВт ч/м. в год. При таких низких потерях можно отказаться от системы отопления в доме вообще. Воистину лучше один раз утеплить дом, чем всю жизнь его отапливать!

Помимо электроэнергии, в обычный дом поступают извне ещё и газ, и другое топливо, холодная и горячая вода, атмо­сферный воздух. Но экодом — не обычный дом. Ему привыч­ные нам инженерные сети не нужны. Весь смысл экодома — избавиться от сетей, стать от них независимым. Для примера, крупнейший порок централизованных водопроводов — сума­сшедшие потери воды в них. Люди гробят природу, чтобы до­быть воду и доставить в дома, а 30 % по пути уходит, попадая в подземное пространство города и внося свой вклад в процесс его подтопления. Вдобавок в цене подаваемой воды 80—90 % составляют расходы на поддержание самой сети.

Внутри домов разнообразные сантехнические устройства также имеют течи; бесполезно теряется уже около половины всей забираемой из природных источников воды. Нельзя при­знать рациональным, что вода питьевого стандарта, очистка которой требует высоких затрат, используется для целей, при которых не нужна особая чистота. Выгоднее и дешевле ставить в доме локальные сети и индивидуальные установки водоснаб­жения и канализации с разделением воды по степени очист­ки, в зависимости от характера использования. Бытовые водо­очистители уже есть в продаже.

В этом случае, как и в случае с энергией, эффективность означает экономию без ухудшения потребительских стандар­тов.

К каждому экодому вода может доставляться даже через несколько водопроводов, но в силу близости водозабора и за счёт упрощения водоподготовки и очистки стоков эти корот­кие водопроводы оправдают себя. Воду можно собирать из дождевых осадков; это делается и сейчас на всех дачах: если дождевая вода удовлетворяет поливным стандартам, её не тре­буется очищать. Кроме того, использование дождевой воды приближает водный баланс местности к естественному.

В экодоме предпочтительно применение безводных туале­тов; кроме прямой экономии воды, это дает ещё и то преиму­щество, что уменьшится объём сточных вод, причём за счёт самой трудноочищаемой их части. Уже появились эффектив­ные безреагентные технологии стирки и мытья, основанные на физических эффектах — ультразвуке, кавитации и т.д., что позволяет ещё более облегчить очистку сточной воды и её по­вторное использование. Технически возможно сделать в доме замкнутую водооборотную систему, но не такую, как на кос­мической станции, — в экодоме в этом нет необходимости. В большинстве случаев достаточно очищать воду до качества, позволяющего использовать её для полива или отводить на грунтовую фильтрацию. Так, вода, проходя через почву, од­новременно доочищается и обогащает её питательными веще­ствами, что может рассматриваться и как повторное исполь­зование воды.

Поскольку при застройке территории экодомами гидроло­гические условия хотя и в небольшой мере, но всё же будут нарушаться, потребуется создание дренажной системы. Цент­ральная канализация в экопосёлке скорее всего не будет необ­ходима, однако при сложных гидрологических условиях мо­жет потребоваться ливневая канализация.

Что касается внутреннего воздуха, то в настоящее время известны специальные технические и биологические систе­мы для коррекции и улучшения его качества, так что нам опять нет нужды подробно описывать проблему и способы её решения. В целом оптимальная стратегия поддержания хорошего качества внутреннего воздуха — это разумное со­кращение внешнего воздухообмена, подавление инфильтра­ции и внутренних источников загрязнения и применение покомнатной вентиляции с возвращением тепла удаляемого воздуха.

Что важно, в экологических поселениях уже необязатель­на полная автономность каждого дома. Иногда может оказаться выгодным объединение некоторых инженерных систем, преж­де всего энергосистемы. Так, из опыта известно, что целесо­образнее размещать ветрогенераторы на удалении от жилья в качестве коллективных источников. При определённых усло­виях может быть более удобным устройство общего для не­скольких домовладений одного металлгидридного водородно­го аккумулятора с устройствами преобразования.

В отдельных случаях могут строиться коллективный водо­провод и коллективный биопруд для очистки стоков.

Чтобы соответствовать различным географическим и со­циальным условиям, экологические дома должны быть очень разными. В пределах России диапазон физико-географичес­ких условий, непосредственно влияющих на конструкцию экодома, весьма велик. С одной стороны, это Крайний Север с вечной мерзлотой, где критически важными являются теп­лоизоляция и надёжное снабжение энергией зимой, с другой стороны, южные районы, где летом встаёт задача защиты от перегрева. Ещё больше различий в конструкциях экодомов, если говорить обо всём диапазоне географических и соци­альных условий Земли, и это предопределяет большой объём опытно-конструкторских работ, необходимых для подготов­ки проектов экодомов, адаптированных к месту. Короче го­воря, оптимальное решение планировки будет зависеть от кон­кретных условий.

Отходы целесообразно сразу собирать отдельно в местах их образования, в экодомах, в жилом и торговом секторах по­сёлков. Это неизбежно, хотя и потребует изменения бытовых привычек, но, как показывает уже накопленный во многих странах опыт, население к такому повороту в достаточной сте­пени готово. Тем более если всякий продаваемый предмет мар­кировать, указывая, к какому классу «по мусору» он относится. Вообще вся производимая продукция должна иметь указания по её утилизации после использования. Никаких «выбросим по дороге» — хватит уже, навыбрасывались.

В экодоме уже на уровне конструкции должны быть пре­дусмотрены специальные помещения для первичной обработ­ки, раздельного сбора и безопасного хранения мусора. Они должны сообщаться как с хозяйственными помещениями, так и с наружным подъездом для удобства их централизованного сбора. Санитарная безопасность хранения в доме мусора меж­ду периодическими его сдачами будет обеспечиваться, поми­мо прочего, отсутствием в нём способной к гниению органи­ки, которая уйдет в биотуалет или будет преобразована в бы­товой газ в биогазовых установках.

Говоря о малоресурсности и малоотходности экологиче­ского дома, надо, как и в случае с любыми другими поделками человеческих рук, рассматривать полный цикл его жизни, включая не только фазу эксплуатации, но и стадии возведе­ния и утилизации по окончании срока службы. Утилизация не предполагает ничего иного, кроме использования известных принципов рециклирования, справедливых для всех матери­альных продуктов и товаров. Возведение же экологического дома должно опираться на новые технологии, поскольку су­ществующие технологии нельзя отнести к разряду экологич-ныгх. По оценкам специалистов, при строительстве односемей— ного дома в США образуется 5—7 тонн отходов, что слишком много. Впрочем, когда дом будет выращиваться, эта проблема отойдёт сама собой.

Современному человеку экодом может показаться весьма сложным, однако для тех, кто в нём родится и проведёт всю жизнь, напротив, нынешние дома покажутся слишком при­митивными. Некоторое время назад в США исследовали ус­ловия, влияющие на развитие интеллекта у детей. Обнаружи­лось, что если семья живёт в собственном доме с участком и если ребёнку с раннего детства позволяли проводить на нём время, то при прочих равных условиях это самым существен­ным образом повлияло на развитие его интеллекта. Так что для детей сама жизнь в экодоме будет, помимо прочего, естествен­ным техническим и экологическим университетом. Для их раз­вития экодом предоставит неизмеримо больше возможностей, чем, например, обычная бетонная камера с перегородками, именуемая городской квартирой.